一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及煤矿井防灭火与煤层自燃防治技术领域，提供了一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶及其制备方法。本发明专利技术所用的原料价格低廉，可获取方便；制备方法简单，可用于矿井下大面积防灭火与煤层露头的煤自燃防治工程；表面改性骨料的添加能够大量减少胶体用量，提高泡沫稳定性，甚至在防灭火效果方面起到积极作用。所使用的成胶体系胶凝效果良好，成胶时间可控。所制备泡沫凝胶持久保水，可以覆盖在煤体裂隙，达到很好的堵漏、降温、隔氧效果，可显著降低CO的生成。相对于传统水玻璃泡沫凝胶与添加未改性骨料的泡沫凝胶，其能粘附在燃烧煤体的表面，显著降低火源温度，减少灭火时间，灭火稳定，不会出现复燃现象。

Surface modified aggregate enhanced fire extinguishing foam gel and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶及其制备方法
本专利技术涉及煤矿井防灭火与煤层自然防治
，具体涉及一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶及其制备方法。
技术介绍
煤层自燃严重威胁着煤矿的安全生产，会造成人员伤亡，财产损失，环境污染等问题。为防治煤炭自燃，国内外广泛采用采空区灌浆、喷洒阻化剂、注惰性气体、注泡沫及注凝胶等防灭火技术。这些技术在防治煤炭自燃过程中发挥着重要作用，但仍然存在一些尚未解决的问题。例如，灌浆防灭火技术注入的浆液积聚于地势较低部位，浆液不能均匀地覆盖浮煤，对中、高及顶板煤体起不到防治作用；物理阻化剂价格便宜，但是阻化时间短，化学阻化剂价格比较昂贵；惰性气体防灭火技术注入的惰性气(CO2、N2等)易随漏风扩散，不易滞留在注入的区域内；水基泡沫稳定性差，难以实现固化，不能长期封闭火区；注凝胶灭火存在很大的局限性，凝胶在采空区中的流动性较差，渗透范围小，不适合扑灭大范围的火灾，并且凝胶的使用成本较高。水玻璃泡沫凝胶虽然能在一定程度上解决上述问题，但仍存在泡沫稳定性较差，防灭火效果不理想的缺陷。此外，由于煤矿防灭火材料的使用量巨大，进一步降低泡沫凝胶的成本也是当前亟待解决的问题。因此，迫切需要研发一种新型的防灭火材料来解决当前煤矿防灭火技术的不足之处。
技术实现思路
基于上述背景，本专利技术的目的是提供一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶；本专利技术的另一目的是提供一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶的制备方法。所采用的成胶体系为硅胶前驱体和胶凝剂，添加表面改性增强骨料，通过发泡剂制成泡沫凝胶。骨料的添加可以显著降低胶体的用量，降低泡沫凝胶的成本，具有良好的经济效益。通过对骨料进行表面改性，使其在泡沫凝胶中均匀分散并与硅凝胶建立牢固共价结合，可显著提高泡沫凝胶的稳定性、防灭火性能。所得到的泡沫凝胶保水性能优异。。在危险火区，泡沫凝胶阻化和灭火效果良好，可显著降低CO的产生量和火源温度，灭火快速稳定，不会出现复燃现象。本专利技术采用以下的技术方案：一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶，按重量份由下述组分组成：所述表面改性骨料通过以下方法制备得到：(1)常温下，将20-40份骨料加入至80-120份乙醇中，以300-500转/分钟的转速搅拌2-3小时，超声分散1-2小时；(2)加入5-10份表面改性剂，搅拌12-20小时；(3)通过离心机除去多余乙醇和表面改性剂，乙醇清洗2-3次，随后将反应后所得骨料放置烘箱中60-80℃烘干20-30小时，得到表面改性骨料。上述技术方案中，骨料表面改性可以提高其与硅胶的混溶，增强其在水中的分散性。骨料表面接枝表面改性剂分子结构，而表面改性剂和硅胶前驱体水解后可以发生缩合反应，形成Si-O-Si结构，从而使骨料与硅胶建立起紧密结合。进一步地，所述骨料为粉煤灰、膨润土、电石渣、黄土中的一种或多种。进一步地，所述骨料的粒径为100-300目。进一步地，所述表面改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和/或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。上述两种表面改性剂可溶于乙醇和水，提高表面改性效果。水解后可与硅胶前驱体发生缩合反应，形成Si-O-Si结构，提高骨料与硅胶的混溶程度。进一步地，所述硅胶前驱体为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸钠、硅酸钾中的一种或多种。进一步地，所述硅胶前驱体为正硅酸甲酯和/或正硅酸乙酯。上述硅胶前驱体水解后形成正硅酸，缩合形成稳定的Si-O-Si立体网络结构。进一步地，所述胶凝剂为聚丙烯酸和/或醋酸。上述技术方案中，溶于水中呈弱酸性，促进表面改性剂、硅胶前驱体水解缩合，形成Si-O-Si结构，并且不会导致快速凝胶，造成泡沫失去流动性。进一步地，所述发泡剂为烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、月桂酸钠中的一种或多种。一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶的制备方法，包括以下步骤：工厂制备表面改性骨料：(1)常温下，将20-40份骨料加入至80-120份乙醇中，以300-500转/分钟的转速搅拌2-3小时，超声分散1-2小时；(2)加入5-10份表面改性剂，搅拌12-20小时；(3)通过离心机除去多余乙醇和表面改性剂，乙醇清洗2-3次，随后将反应后所得骨料放置烘箱中60-80℃烘干20-30小时，得到表面改性骨料；现场加骨料发泡：(4)常温条件，机械搅拌下将硅胶前驱体加入到水中，搅拌5-10分钟；(5)加入表面改性骨料，搅拌10-30分钟；(6)加入发泡剂，搅拌2-5分钟；(7)加入胶凝剂，搅拌2-5分钟；得混合溶液；(8)采用机械搅拌与注入惰性气体(CO2或N2)相结合的方法对混合溶液进行发泡，即得到表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶。本专利技术具有的有益效果是：所用的原料价格低廉，可获取方便；制备方法简单，可用于矿井下大面积防灭火与煤层露头的煤自燃防治工程；所使用的成胶体系胶凝效果良好，成胶时间可控。表面改性骨料的添加能够大量减少胶体用量，并且显著提高泡沫的稳定性和保水性，形成的泡沫持久保水，放置10天失水率不超过20％；表面改性骨料在泡沫凝胶中分散均匀，与硅凝胶形成牢固共价结合，显著提高了泡沫凝胶的防灭火性能；所制备泡沫凝胶可以覆盖在煤体裂隙，达到很好的堵漏、降温、隔氧效果，可显著降低CO的生成；相对传统水玻璃泡沫凝胶与添加未改性骨料的泡沫凝胶，其能粘附在燃烧煤体的表面，显著降低火源温度，灭火时间短，灭火稳定，不会出现复燃现象。附图说明图1为表面改性前后骨料在凝胶中的分散图；图2为骨料与硅胶结合的机理示意图；图3为失水率测试结果；图4为灭火性能测试曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行具体的说明：实施例1一、表面改性骨料的制备：1、常温下，将20份粉煤灰加入至100份乙醇中，以400转/分钟的转速搅拌2小时，超声分散1小时。2、加入5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌20小时。3、通过离心机除去多余乙醇和表面改性剂剂，乙醇清洗2-3次，随后将反应后所得骨料放置烘箱中80℃烘干20小时，得到表面改性骨料。二、表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶的制备：1、常温条件，200转/分钟机械搅拌下，向100份水中加入2份正硅酸乙酯，2份硅酸钠，搅拌5-10分钟。2、加入表面改性骨料20份，搅拌10-30分钟。3、在100转/分钟机械搅拌下加入月桂酸钠0.5份，搅拌2-5分钟。4、加入聚丙烯酸0.5份，继续搅拌2-5分钟。得混合溶液。5、采用机械搅拌与注入惰性气体CO2相结合的方法对混合溶液进行发泡，即得到表面改性骨料增强型灭火泡沫凝胶。对骨料改性前后的分散性进行测试，其结果见图1所示(a为改性前骨料；b为改性后骨料)。可见，表面改性后骨料的分散性显著提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶，其特征在于，按重量份由下述组分组成：/n

【技术特征摘要】
1.一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶，其特征在于，按重量份由下述组分组成：



所述表面改性骨料通过以下方法制备得到：
(1)常温下，将20-40份骨料加入至80-120份乙醇中，以300-500转/分钟的转速搅拌2-3小时，超声分散1-2小时；
(2)加入5-10份表面改性剂，搅拌12-20小时；
(3)通过离心机除去多余乙醇和表面改性剂，乙醇清洗2-3次，随后将反应后所得骨料放置烘箱中60-80℃烘干20-30小时，得到表面改性骨料。


2.根据权利要求1所述的一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶，其特征在于，所述骨料为粉煤灰、膨润土、电石渣、黄土中的一种或多种。


3.根据权利要求1或2所述的一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶，其特征在于，所述骨料的粒径为100-300目。


4.根据权利要求1所述的一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶，其特征在于，所述表面改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和/或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。


5.根据权利要求1所述的一种表面改性骨料增强型防灭火泡沫凝胶，其特征在于，所述硅胶前驱体为正硅酸甲酯、正硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆伟，李家亮，贺正龙，亓冠圣，李金亮，孔彪，何启林，任万兴，胡相明，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37